Đặt vấn đề; phát biểu giả thiết; mô tả thí nghiệm; thực hiện thí nghiệm (thu thập số liệu); phân tích số liệu thu thập từ thí nghiệm; giải thích kết quả liên quan đến giả thiết. Lập kế hoạch cho một thí nghiệm bắt đầu từ việc nêu lên vấn đề cấp thiết; bên cạnh đó là tập hợp các tài liệu liên quan bao gồm cả những nghiên cứu trước đó; tiếp đó là nêu lên hướng giải quyết vấn đề. Sau vấn đề được nêu, mục đích nghiên cứu được xác định. Mục đích nghiên cứu phải rõ ràng bởi vì các bước tiếp theo trong quá trình thí nghiệm đều phụ thuộc vào mục đích đặt ra.40 18 Bước tiếp theo là xác định nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu.
Thiết kế thí nghiệm phải mô tả số liệu được thu thập như thế nào. Số liệu có thể thu thập từ các nghiên cứu quan sát, từ các quá trình tự nhiên hoặc từ các thí nghiệm được bố trí vào môi trường thí nghiệm. Nếu chúng ta biết thông tin nào sẽ được thu thập và thu thập bằng cách nào sẽ được sử dụng để thu thập số liệu này, thì việc rút ra kết luận sẽ dễ dàng và hiệu quả hơn rất nhiều. Điều này đúng với cả thí nghiệm quan sát và thí nghiệm thực nghiệm; đồng thời rất quan trọng để phát hiện ra những thông tin bất ngờ dẫn đến những kết luận mới.
Đối với các nhà thống kê, thiết kế thí nghiệm là đặt ra các tiêu chuẩn để sử dụng khi chọn mẫu. Đối với thí nghiệm thực nghiệm, việc thiết kế thí nghiệm bao gồm: xác định các nghiệm thức (công thức thí nghiệm), xác định số đơn vị thí nghiệm, số lần lặp lại, việc bố trí các đơn vị vào nghiệm thức, các sai số có thể mắc phải. Đối với thí nghiệm quan sát, việc thiết kế thí nghiệm bao gồm: xác định số đơn vị thí nghiệm, phương pháp thu mẫu, các sai số có thể mắc phải. Giả thiết thống kê thường đi sau giả thiết nghiên cứu.
Chấp nhận hay bác bỏ giả thiết thống kê giúp tìm được câu trả lời cho mục đích nghiên cứu. Trong kiểm định giả thiết các nhà thống kê lựa chọn các mô hình thống kê. Mô hình thống kê phụ thuộc vào mô hình thí nghiệm và thường được giải thích bằng các công thức toán học. Thu thập số liệu được thực hiện theo mô hình thiết kế thí nghiệm.
Phân tích thống kê được tiến hành sau khi thu thập số liệu bao gồm phân tích, miêu tả và giải thích kết quả. Mô hình toán học sử dụng trong phân tích được xây dựng dựa trên mục đích và mô hình thí nghiệm. Thông thường cách phân tích số liệu được các nhà nghiên cứu xác định trước khi thu thập số liệu; đôi khi lại được xác định sau khi thu thập số liệu nếu người nghiên cứu tìm ra cách tốt hơn để rút ra kết luận. Cuối cùng, người nghiên cứu phải có khả năng rút ra kết luận để hoàn thành mục tiêu nghiên cứu.
Kết luận phải rõ ràng và chính xác (kết luận phải có ý nghĩa thống kê). Bố trí động vật vào các nghiệm thức 3. Sự cần thiết của bố trí ngẫu nhiên Sự thiên lệch có thể xuất hiện trong quá trình phân chia động vật vào các nghiệm thức. Sự thiên lệch này có thể do yếu tố chủ quan.
Ví dụ ta phân chia động vật vào các nghiệm thức theo sở thích chủ quan (thích nghiệm thức nào thì bố trí các động vật “tốt” vào) hoặc có sự khác nhau hệ thống giữa các nhóm đối chứng và các nhóm thí nghiệm lúc đó ta không thể kết luận sự sai khác sau khi kết thúc thí nghiệm là do ảnh hưởng của yếu tố thí nghiệm hay do sự khác nhau có hệ thống. Một phương pháp tiếp cận hay được sử dụng để loại bỏ sự thiên lệch này là bố trí ngẫu nhiên hay ngẫu nhiên hóa các động vật thí nghiệm vào nghiệm thức. Trong quá trình này chúng ta bố trí động vật vào các nghiệm thức theo các yêu cầu sau: - Tất cả động vật thí nghiệm đều có cơ hội phân về nghiệm thức bất kỳ. 19 - Việc bố trí động vật thí nghiệm này không ảnh hưởng đến việc bố trí động vật thí nghiệm khác.
- Nhà nghiên cứu không biết trước động vật nào được phân vào nghiệm thức nào trước khi tiến hành thí nghiệm. Ưu điểm của bố trí ngẫu nhiên: - Loại bỏ sự thiên lệch trong quá trình bố trí thí nghiệm. - Tạo sự giống nhau giữa các nhóm. Các phương pháp phân chia ngẫu nhiên a, Phân chia ngẫu nhiên đơn giản Đây là phương pháp phân chia ngẫu nhiên đơn giản không có sự phân biệt hoặc hạn chế.
Có thể sử dụng phương pháp cơ học như tung đồng xu hoặc ném con súc sắc để phân chia động vật về các công thức thí nghiệm. Tuy nhiên phương pháp này kồng kềnh và chỉ áp dụng khi dung lượng mẫu bé. Ngày nay dưới sự trợ giúp của các phần mềm thống kê, việc phân chia ngẫu nhiên được tiến hành thuận lợi hơn. Ví dụ để phân 15 động vật thí nghiệm về 3 nghiệm thức A, B, C: - Đánh số động vật thí nghiệm.
- Bốc thăm ngẫu nhiên động vật về các nghiệm thức Nghiệm thức A A A A A B B B B B C C C C C Động vật thí nghiệm 8 12 13 11 10 15 3 7 2 14 6 5 9 1 4 b, Phân chia ngẫu nhiên theo khối Phương pháp phân chia ngẫu nhiên đơn giản được thực hiện khi động vật tham gia thí nghiệm đồng đều nhau. Mỗi động vật có cơ hội như nhau về các nghiệm thức.Tuy nhiên điều này không còn đúng khi dung lượng mẫu lớn. Căn cứ vào một số tiêu chí lựa chọn cụ thể ví dụ lựa chọn theo lứa, theo tuổi, theo khối lượng…chúng ta sẽ phân động vật thành một nhóm sao cho động vật cùng nhóm tương đối đồng đều, sau đó mới chia ngẫu nhiên động vật cùng nhóm vào các nghiệm thức. Đây chính là phân chia ngẫu nhiên theo khối.2: Nghiên cứu tỷ lệ nhiễm bệnh viêm khớp của chó.
Tạo ra 3 khối tương ứng với 3 nhóm khối lượng cơ thể lớn, trung bình, nhỏ. Như vậy sẽ xác định được ảnh hưởng của khối lượng cơ thể đến tỷ lệ mắc bệnh viêm khớp của chó. c, Phân chia ngẫu nhiên theo nhóm hoặc theo chùm (Cluster) Thông thường một động vật thí nghiệm là một đơn vị thí nghiệm. Tuy nhiên trong chăn nuôi thú y một nhóm động vật cũng có thể coi là một đơn vị thí nghiệm.
Vì thức ăn, thuốc thường sử dụng cho một nhóm động vật trong cùng một lứa, nuôi cùng một chuồng hay tất cả đàn cá nuôi trong một bể. trong trường hợp này chúng ta chọn kỹ thuật ngẫu nhiên hóa cả nhóm động vật hay ngẫu nhiên hóa theo nhóm. Như vậy tất cả động vật thí nghiệm trong cùng một nhóm sẽ nhận được 1 nghiệm 20 thức và lúc này một nhóm động vật thí nghiệm chỉ được coi là một đơn vị thí nghiệm.3: Nghiên cứu khả năng tiêu tốn thức ăn trên 1 kg tăng trọng của lợn. Về mặt lý thuyết có thể theo dõi khả năng tiêu thụ thức ăn của từng con lợn hàng ngày, nhưng điều này rất khó thực hiện.
Ta chỉ theo dõi được khả năng tiêu tốn của một ô chuồng nuôi khoảng 20-30 con lợn từ đó tính ra tiêu tốn thức ăn cho 1 kg tăng trọng. Ở đây một ô chuồng là một đơn vị thí nghiệm. Ta phải nghiên cứu trên nhiều ô chuồng và phân chia ngẫu nhiên các ô chuồng về công thức thí nghiệm. Dung lượng mẫu cần thiết Trong một thí nghiệm chúng ta phải giải quyết câu hỏi: Số lượng động vật thí nghiệm là bao nhiêu? Cần bao nhiêu động vật thí nghiệm để các đặc tính riêng biệt của từng cá thể không ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm? Nếu số động vật thí nghiệm quá ít thì độ tin cậy của kết quả thí nghiệm không cao.
Ngược lại nếu động vật quá nhiều thì có thể gây lãng phí. Để đạt được kết quả chính xác không phải lúc nào cũng cần số lượng động vật thí nghiệm quá lớn. Nếu số lượng động vật quá lớn có thể gây khó khăn trong quá trình theo dõi từng cá thể, khó khăn khi chúng ta muốn tạo ra các điều kiện đồng nhất về thí nghiệm: cho động vật ăn, cân động vật… chính lý do đó làm giảm độ chính xác về mặt kỹ thuật của thí nghiệm. Dung lượng mẫu phụ thuộc vào: - Chất lượng động vật tham gia thí nghiệm: nếu động vật thí nghiệm càng đồng nhất thì càng giảm số lượng động vật tham gia thí nghiệm.
- Loại vật nuôi: vì mỗi loài vật nuôi có những đặc điểm riêng. Ví dụ khi nghiên cứu về đại gia súc thì cần ít động vật thí nghiệm hơn tiểu gia súc. - Độ tuổi cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình chọn dung lượng mẫu. Động vật càng non thì dung lượng mẫu càng lớn.
- Tính chất của thí nghiệm: thí nghiệm quan sát hay thí nghiệm thực nghiệm. - Kết quả mong đợi của thí nghiệm (sự chênh lệch giữa các công thức thí nghiệm) cũng ảnh hưởng rất lớn đến dung lượng mẫu. Có thể phác thảo ra số lượng động vật tham gia thí nghiệm bị ảnh hưởng như sau: 21 Tuy nhiên không có một công thức nào đáp ứng được đồng thời các điều kiện nêu trên. Các nhà khoa học đưa ra một số cách tiếp cận để xác định dung lượng mẫu: * Cách tiếp cận thứ nhất dựa vào: - Số nghiệm thức (a).
- Mức độ đồng đều của tính trạng nghiên cứu. - Sai lầm loại I (α)45 - Sai lầm loại II (β) hoặc độ mạnh của phép thử (1-β) - Chênh lệch bé nhất giữa hai giá trị trung bình để phát hiện sự sai khác nếu có. Đối với trường hợp ước tính một giá trị trung bình Nếu không biết quần thể cho trước: Trong đó: n: là dung lượng mẫu cần thiết. N: số lượng cá thể của quần thể cho trước σ 2 : Phương sai của nghiên cứu trước.
Z: giá trị z tại mức tin cậy tương ứng. d: sự sai khác mong đợi. Cần quan sát bao nhiêu bò sữa để ước tính được năng suất trong chu kỳ tiết sữa 305 ngày với mức độ tin cậy 95% nằm trong khoảng ± 75kg so với giá trị thực của quần thể. Biết rằng sản lượng sữa có phân bố chuẩ 22 Vậy cần quan sát 171 con bò sữa Nhưng nếu trại chăn nuôi chỉ có 150 con bò thì chúng ta cần quan sát bao nhiêu con? Nếu biết số lượng quần thể cho trước: 4.
Đối với trường hợp ước tính một tỷ lệ: Trong đó: n: là dung lượng mẫu cần thiết. P: tỷ lệ hiện hành.